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林分密度对水曲柳人工林碳储量的影响

那萌 刘婷岩 张彦东 冯晨辛 刘道锟

那萌, 刘婷岩, 张彦东, 冯晨辛, 刘道锟. 林分密度对水曲柳人工林碳储量的影响[J]. 北京林业大学学报, 2017, 39(1): 20-26. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160111
引用本文: 那萌, 刘婷岩, 张彦东, 冯晨辛, 刘道锟. 林分密度对水曲柳人工林碳储量的影响[J]. 北京林业大学学报, 2017, 39(1): 20-26. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160111
NA Meng, LIU Ting-yan, ZHANG Yan-dong, FENG Chen-xin, LIU Dao-kun. Effects of stock density on carbon storage in Fraxinus mandshurica plantations[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2017, 39(1): 20-26. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160111
Citation: NA Meng, LIU Ting-yan, ZHANG Yan-dong, FENG Chen-xin, LIU Dao-kun. Effects of stock density on carbon storage in Fraxinus mandshurica plantations[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2017, 39(1): 20-26. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160111

林分密度对水曲柳人工林碳储量的影响

doi: 10.13332/j.1000-1522.20160111
基金项目: 

“十二五”国家科技支撑计划课题 2011BAD37B02-2

详细信息
    作者简介:

    那萌。主要研究方向:森林培育。Email:1511044746@qq.com  地址:150040  黑龙江省哈尔滨市香坊区和兴路26号东北林业大学林学院

    通讯作者:

    张彦东,教授,博士生导师。主要研究方向:森林培育。Email:zhyd63@163.com  地址:同上

  • 中图分类号: S718.55+7

Effects of stock density on carbon storage in Fraxinus mandshurica plantations

  • 摘要: 为了解林分密度对水曲柳人工林碳储量的影响规律,在黑龙江省帽儿山地区,选择不同造林密度(2 200、2 500、4 400、10 000株/hm2)的13年生水曲柳人工林,采用样地调查的方法在每种密度处理各设置3块样地,进行了林分碳储量与乔木层年净固碳量的测定。结果表明:水曲柳林分密度增加,其乔木层、凋落物层、土壤层以及生态系统碳储量均随之增大,而林下植被层碳储量随林分密度的增加而减小。其中不同密度林分的乔木层、林下植被层、土壤层以及生态系统碳储量差异均显著(P<0.05),而凋落物层在各密度之间差异不显著(P>0.05)。4种密度水曲柳林分碳储量的空间分配均表现为:土壤层>乔木层>凋落物层>林下植被层,土壤层和乔木层碳储量分别占生态系统总碳储量的79.6%~82.4%和14.1%~17.0%,是人工林碳库的主要组成部分。此外,水曲柳人工林乔木层的年净固碳量随林分密度的增加而增大,造林密度为2 200株/hm2林分的年净固碳量明显低于其他密度林分(P<0.05)。上述结果说明提高造林密度对增加幼龄林分碳储量具有显著作用。
  • 图  1  不同林分密度水曲柳人工林林下植被层碳储量

    Figure  1.  Carbon storage of understory vegetation in Fraxinus mandshurica plantations with different stock densities

    图  2  不同林分密度水曲柳人工林凋落物层碳储量

    Figure  2.  Carbon storage of litter layer in Fraxinus mandshurica plantations with different stock densities

    图  3  不同密度水曲柳人工林生态系统碳储量

    Figure  3.  Carbon storage of ecosystem in Fraxinus mandshurica plantations with different densities

    表  1  不同林分密度水曲柳林基本状况

    Table  1.   Basic state of Fraxinus mandshurica plantations with different densities

    密度类型
    Density type
    初植密度/(株·hm-2)
    Planting density/(tree·ha-1)
    现存密度/(株·hm-2)
    Existing density/(tree·ha-1)
    平均胸径/cm
    Mean DBH/cm
    平均树高/m
    Mean tree height/m
    郁闭度
    Crown density
    2 2001 3258.810.30.7
    2 5002 1418.19.90.9
    4 4002 7667.49.20.9
    10 0004 1256.58.30.9
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    表  2  不同林分密度水曲柳人工林乔木层碳储量

    Table  2.   Carbon storage of tree layer in Fraxinus mandshurica plantations with different stock densities

    t·hm-2
    t·ha-1
    密度类型Density type干Stem枝Branch叶Leaf根Root总量Total
    12.81±0.34a(65.2%)2.74±0.12a(13.9%)0.61±0.01a(3.1%)3.51±0.11a(17.8%)19.67±0.59a(100%)
    17.14±0.65ab(65.8%)3.47±0.16a(13.3%)0.82±0.03b(3.2%)4.61±0.19ab(17.7%)26.04±1.02ab(100%)
    18.07±1.00b(66.3%)3.52±0.24a(12.9%)0.88±0.05b(3.2%)4.80±0.29b(17.6%)27.27±1.58b(100%)
    20.02±2.40b(66.9%)3.67±0.55a(12.3%)0.99±0.11b(3.3%)5.22±0.67b(17.5%)29.90±3.73b(100%)
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    表  3  不同林分密度水曲柳人工林土壤层碳储量

    Table  3.   Carbon storage of soil layer in Fraxinus mandshurica plantations with different densities

    t·hm-2
    t·ha-1
    密度类型Density type0~20 cm20~40 cm40~60 cm总量Total
    69.72±2.07a28.67±0.44a16.95±0.64a115.34±3.14a
    73.68±5.99ab35.80±2.05a16.67±0.60a126.15±6.12ab
    80.11±1.53ab38.86±2.34a16.77±1.16a135.74±2.05ab
    85.05±12.14b36.26±4.05a18.37±0.65a139.68±5.46b
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    表  4  不同林分密度水曲柳人工林年净固碳量

    Table  4.   Annual carbon accumulation in Fraxinus mandshurica plantations with different stock densities

    t·hm-2·a-1
    t·ha-1·year-1
    密度类型Density type干Stem枝Branch叶Leaf根Root凋落物Litter总计Total
    0.97±0.02a0.21±0.01a0.05±0.00a0.27±0.01a1.12±0.06a2.62±0.10a
    1.29±0.04b0.26±0.01a0.06±0.00ab0.35±0.01b1.32±0.03b3.28±0.08b
    1.37±0.07b0.27±0.02a0.07±0.00b0.36±0.02b1.48±0.05c3.56±0.16b
    1.48±0.16b0.28±0.04a0.07±0.01b0.38±0.05b1.52±0.03c3.73±0.26b
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-04-08
  • 修回日期:  2016-08-08
  • 刊出日期:  2017-01-01

林分密度对水曲柳人工林碳储量的影响

doi: 10.13332/j.1000-1522.20160111
    基金项目:

    “十二五”国家科技支撑计划课题 2011BAD37B02-2

    作者简介:

    那萌。主要研究方向:森林培育。Email:1511044746@qq.com  地址:150040  黑龙江省哈尔滨市香坊区和兴路26号东北林业大学林学院

    通讯作者: 张彦东,教授,博士生导师。主要研究方向:森林培育。Email:zhyd63@163.com  地址:同上
  • 中图分类号: S718.55+7

摘要: 为了解林分密度对水曲柳人工林碳储量的影响规律,在黑龙江省帽儿山地区,选择不同造林密度(2 200、2 500、4 400、10 000株/hm2)的13年生水曲柳人工林,采用样地调查的方法在每种密度处理各设置3块样地,进行了林分碳储量与乔木层年净固碳量的测定。结果表明:水曲柳林分密度增加,其乔木层、凋落物层、土壤层以及生态系统碳储量均随之增大,而林下植被层碳储量随林分密度的增加而减小。其中不同密度林分的乔木层、林下植被层、土壤层以及生态系统碳储量差异均显著(P<0.05),而凋落物层在各密度之间差异不显著(P>0.05)。4种密度水曲柳林分碳储量的空间分配均表现为:土壤层>乔木层>凋落物层>林下植被层,土壤层和乔木层碳储量分别占生态系统总碳储量的79.6%~82.4%和14.1%~17.0%,是人工林碳库的主要组成部分。此外,水曲柳人工林乔木层的年净固碳量随林分密度的增加而增大,造林密度为2 200株/hm2林分的年净固碳量明显低于其他密度林分(P<0.05)。上述结果说明提高造林密度对增加幼龄林分碳储量具有显著作用。

English Abstract

那萌, 刘婷岩, 张彦东, 冯晨辛, 刘道锟. 林分密度对水曲柳人工林碳储量的影响[J]. 北京林业大学学报, 2017, 39(1): 20-26. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160111
引用本文: 那萌, 刘婷岩, 张彦东, 冯晨辛, 刘道锟. 林分密度对水曲柳人工林碳储量的影响[J]. 北京林业大学学报, 2017, 39(1): 20-26. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160111
NA Meng, LIU Ting-yan, ZHANG Yan-dong, FENG Chen-xin, LIU Dao-kun. Effects of stock density on carbon storage in Fraxinus mandshurica plantations[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2017, 39(1): 20-26. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160111
Citation: NA Meng, LIU Ting-yan, ZHANG Yan-dong, FENG Chen-xin, LIU Dao-kun. Effects of stock density on carbon storage in Fraxinus mandshurica plantations[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2017, 39(1): 20-26. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160111
  • 森林是陆地生态系统中最大的碳库,森林生态系统的碳储量约占陆地生态系统的77%[1],据最近的估算,全球森林生态系统每年的净碳汇已达2.4 Pg[2]。因此,增加森林固碳对缓解全球大气CO2浓度升高具有明显作用。已有研究发现,生态系统碳储量和碳动态主要受森林经营活动的影响[3-4]。林分密度调控作为森林经营过程中重要的技术手段,能够通过改变林分小气候条件等,进而影响森林生产力及其碳储量[5]。然而,目前关于林分密度对森林碳储量和碳动态的影响规律我们还缺乏了解,这导致我们在确定碳汇林密度时尚缺少科学依据。尽管近些年关于林分密度对森林生态系统碳储量的影响已开展了一些研究,但其结论尚不统一[5-9]。如:Noh等[5]对不同密度赤松(Pinus densiflora)林碳储量的研究表明,随密度增加乔木层碳储量无明显变化,但土壤层和生态系统碳储量却显著降低。而方晰等[6]对不同密度湿地松(P.elliottii)碳储量的研究则表明,随林分密度的增加,乔木层、土壤层和生态系统碳储量也随之增大。已有的研究表明,随林分密度的增大森林生态系统碳储量可表现出增加[6-7]、不变[5]、或者降低[8-9]。森林碳储量对林分密度的响应较为复杂,可能因树种特性、林分年龄等不同因素而发生变化,故对其规律的认识尚需进行大量而深入的研究。水曲柳(Fraxinus mandshurica)是我国东北地区重要的珍贵用材树种,近些年水曲柳作为固碳树种开始被用于碳汇林营造,但关于其林分结构与碳储量的关系我们尚很少了解[10]。本文将以4种不同密度的水曲柳人工林为对象,探讨林分密度对森林碳储量的影响规律,本研究可为确定合理的碳汇林密度提供科学依据,达到增加森林固碳的目的。

    • 研究地点设在黑龙江省尚志市的东北林业大学帽儿山实验林场,位于长白山系北部张广才岭西坡,地理坐标为127°30′~127°34′ E,45°21′~45°25′ N。属温带季风气候,年平均气温2.8 ℃,≥10 ℃积温为2 526 ℃,年降水量723 mm,无霜期120~140 d。地貌类型为低山丘陵,平均海拔约300 m。地带性土壤为暗棕壤,非地带性土壤有草甸土、白浆土和沼泽土等。该区的地带性顶极植被为阔叶红松(Pinus koraiensis)林,但经过长期反复破坏原始植被已荡然无存,现存植被以次生林为主,同时相嵌分布一定面积的人工林。本区次生林主要组成树种有蒙古栎(Quercus mongolica)、白桦(Betula platyphylla)、山杨(Populus davidiana)、椴树(Tilia spp.)、水曲柳、胡桃楸(Juglans mandshurica)等。人工林主要有樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica)林、落叶松(Larix gmelinii)林、水曲柳林、红松林和胡桃楸林等。

      研究林分为1998年营造的水曲柳纯林,调查时林龄为13年。造林时采用Ⅰ(2 200株/hm2)、Ⅱ(2 500株/hm2)、Ⅲ(4 400株/hm2)、Ⅳ(10 000株/hm2)4种不同的初植密度。各密度水曲柳林分均位于北坡中下部,坡面平整,坡度<10°,立地条件相似。调查时林分已达到郁闭,林下灌木主要有卫矛(Evonymus sacrosancta)、珍珠梅(Sorbaria sorbifolia)、悬钩子(Rubus crataegifolia)等;草本植物主要有山尖子(Cacalia hasta)、北重楼(Paris verticillata)、玉竹(Polygonatum odoratum)、铃兰(Convallaria majalis)等。不同密度的水曲柳林分基本状况见表 1

      表 1  不同林分密度水曲柳林基本状况

      Table 1.  Basic state of Fraxinus mandshurica plantations with different densities

      密度类型
      Density type
      初植密度/(株·hm-2)
      Planting density/(tree·ha-1)
      现存密度/(株·hm-2)
      Existing density/(tree·ha-1)
      平均胸径/cm
      Mean DBH/cm
      平均树高/m
      Mean tree height/m
      郁闭度
      Crown density
      2 2001 3258.810.30.7
      2 5002 1418.19.90.9
      4 4002 7667.49.20.9
      10 0004 1256.58.30.9
    • 于2010年8月,在4种不同密度的林分中各设置3个20 m×20 m的样地,样地设置完成后进行每木检尺。同时,在每块样地内设置5个2 m×2 m和5个1 m×1 m的小样方,分别采集灌木和草本样品,用于其生物量的测定。

    • 根据每木检尺的测定结果,利用Wang[11]拟合的水曲柳生物量模型估算乔木层生物量。同时在各样地内分别选取1株平均标准木,用分层切割法采集干、枝、叶样品。用全根挖掘法获取地下根系,包括大根(D≥5 cm)、中根(D为2~5 cm)、小根(D为0.5~2 cm),将采集的各器官样品带回实验室分别烘干、粉碎、混合,测定其碳含量。

    • 在样地内已设置的灌木样方和草本样方中,采用收获法分别进行灌木和草本地上部分和地下部分生物量鲜质量测定,并采集其样品带回实验室,用于干质量和碳含量的测定。

      在测定林下植被层生物量的同时,用30 cm×30 cm的样品采集框在每个草本生物量测定的小样方中,按未分解层、半分解层和已分解层收集全部凋落物,分别测定鲜质量,并取适量样品带回实验室,用于干质量和碳含量的测定。

    • 在每块样地中随机设置5个样点,按0~10 cm、10~20 cm、20~40 cm、40~60 cm分层采集土壤样品,同时按上述分层采集各样地中土壤剖面的土壤样品,用于土壤碳含量的测定,并用环刀法测定土壤密度。

    • 用水曲柳生物量模型估算连续2年的林分乔木层生物量[11],用乔木层生物量年净增加量与年凋落物量之和作为净生产力的估算值。

      用直接收集法估算年凋落物量[12],在各样地中均匀放置8个面积为0.5 m2的收集筐,筐底距地面约30 cm。从2010年9月至2011年9月,每个月末收集1次凋落物,测定其鲜质量,同时取相应样品进行其干质量和碳含量的测定。

    • 将植物样品烘干至恒质量,计算含水率,然后将烘干的样品粉碎,过60目筛;将土壤样品风干后过100目筛。用元素分析仪(德国·Elementer,VARIOMacro)测定植物和土壤样品的碳含量。

    • 乔木层:根据水曲柳生物量估算模型计算的乔木层单株各器官生物量以及各器官碳含量和林分密度计算林分乔木层碳储量。

      林下植被与凋落物层:根据林下灌木层、草本层以及凋落物层的生物量及碳含量,计算灌木层、草本层和凋落物层的碳储量。

      土壤层:土壤层碳储量采用下式计算:$S = \sum\limits_i {{D_i}{C_i}{H_i}/10} $,式中:S为单位面积土壤碳储量,t/hm2Di为第i层的土壤密度,g/cm3Ci为第i层的土壤碳含量,g/kg;Hi为第i层的土壤厚度,cm。

      年净固碳量:人工林生态系统的年净固碳量只计算乔木层,即乔木层各器官年净生产力与其碳含量乘积之和。

    • 用SPSS 18.0软件对数据进行统计分析,采用单因素方差分析(ANOVA)林分密度对水曲柳人工林碳储量的影响,并用最小显著差数法(LSD)进行检验。

    • 不同密度水曲柳人工林乔木层总的碳储量随林分密度增加而增大(表 2),密度Ⅰ的乔木层碳储量总量明显低于密度Ⅲ和密度Ⅳ(P<0.05),但其余密度间差异不显著(P>0.05)。不同密度间乔木层的干、枝、叶、根碳储量亦随林分密度的增加而增大。在各密度林分中,乔木层各器官碳储量的分配比例均为:干>根>枝>叶,树干碳储量占乔木层总碳储量的65.2%~66.9%。

      表 2  不同林分密度水曲柳人工林乔木层碳储量

      Table 2.  Carbon storage of tree layer in Fraxinus mandshurica plantations with different stock densities

      t·hm-2
      t·ha-1
      密度类型Density type干Stem枝Branch叶Leaf根Root总量Total
      12.81±0.34a(65.2%)2.74±0.12a(13.9%)0.61±0.01a(3.1%)3.51±0.11a(17.8%)19.67±0.59a(100%)
      17.14±0.65ab(65.8%)3.47±0.16a(13.3%)0.82±0.03b(3.2%)4.61±0.19ab(17.7%)26.04±1.02ab(100%)
      18.07±1.00b(66.3%)3.52±0.24a(12.9%)0.88±0.05b(3.2%)4.80±0.29b(17.6%)27.27±1.58b(100%)
      20.02±2.40b(66.9%)3.67±0.55a(12.3%)0.99±0.11b(3.3%)5.22±0.67b(17.5%)29.90±3.73b(100%)
    • 灌木层、草本层以及整个林下植被层的碳储量均随林分密度的增加而降低(图 1)。密度Ⅰ的灌木层、草本层和林下植被层碳储量均明显高于其他密度(P<0.05);密度Ⅳ的草本层和林下植被层储量均明显低于其他密度(P<0.05);其余密度间的灌木层、草本层以及林下植被层碳储量无显著差异(P>0.05)。

      图  1  不同林分密度水曲柳人工林林下植被层碳储量

      Figure 1.  Carbon storage of understory vegetation in Fraxinus mandshurica plantations with different stock densities

    • 凋落物层碳储量随林分密度的增大表现出逐渐增加的趋势,但各密度间无显著差异(P>0.05)(图 2)。

      图  2  不同林分密度水曲柳人工林凋落物层碳储量

      Figure 2.  Carbon storage of litter layer in Fraxinus mandshurica plantations with different stock densities

      林分密度对不同层次的土壤碳储量均产生了一定影响(表 3)。0~20 cm土层碳储量表现出随密度增大而逐渐增加的趋势,且密度Ⅰ与密度Ⅳ之间差异显著(P<0.05);20~40 cm土层碳储量从密度Ⅰ到密度Ⅲ逐渐增加,但到密度Ⅳ又出现下降;40~60 cm土层碳储量密度Ⅰ~Ⅲ相近,而密度Ⅳ出现略增。土壤层总的碳储量也表现出随密度增大而增加的趋势,且密度Ⅰ与密度Ⅳ之间差异显著(P<0.05),其他各密度之间并无显著差异(P>0.05)。此外,各林分密度下碳储量均随土层深度的增加而减少,表层0~20 cm的碳储量占土壤总碳储量的58.4%~60.9%。

      表 3  不同林分密度水曲柳人工林土壤层碳储量

      Table 3.  Carbon storage of soil layer in Fraxinus mandshurica plantations with different densities

      t·hm-2
      t·ha-1
      密度类型Density type0~20 cm20~40 cm40~60 cm总量Total
      69.72±2.07a28.67±0.44a16.95±0.64a115.34±3.14a
      73.68±5.99ab35.80±2.05a16.67±0.60a126.15±6.12ab
      80.11±1.53ab38.86±2.34a16.77±1.16a135.74±2.05ab
      85.05±12.14b36.26±4.05a18.37±0.65a139.68±5.46b
    • 水曲柳人工林生态系统总碳储量随林分密度的增加呈现出增大的变化趋势(图 3)。与密度Ⅰ相比,密度Ⅱ、密度Ⅲ、密度Ⅳ的生态系统碳储量分别增加12.6%、20.6%和25.4%,经检验密度Ⅰ的生态系统碳储量明显低于密度Ⅳ(P<0.05),但其余密度间差异不显著(P>0.05)。经计算各密度林分碳储量空间分配规律均为:土壤层>乔木层>凋落物层>林下植被层;土壤层和乔木层碳储量占生态系统总碳储量分别为:79.6%~82.4%和14.1%~17.0%,二者之和达生态系统总碳储量的96.5%~96.7%。

      图  3  不同密度水曲柳人工林生态系统碳储量

      Figure 3.  Carbon storage of ecosystem in Fraxinus mandshurica plantations with different densities

    • 水曲柳人工林乔木层的年净固碳量均随林分密度的增加而增大,且密度Ⅰ显著低于其余密度林分(P<0.05),而其他密度之间差异不显著(P>0.05)(表 4)。干、枝、叶、根以及凋落物的年净固碳量均随密度的增加而增大,而且密度Ⅰ的干、叶、根以及凋落物的年净固碳量均明显低于其他密度林分(P<0.05),但枝的年净固碳量在各密度间差异不显著(P>0.05)。

      表 4  不同林分密度水曲柳人工林年净固碳量

      Table 4.  Annual carbon accumulation in Fraxinus mandshurica plantations with different stock densities

      t·hm-2·a-1
      t·ha-1·year-1
      密度类型Density type干Stem枝Branch叶Leaf根Root凋落物Litter总计Total
      0.97±0.02a0.21±0.01a0.05±0.00a0.27±0.01a1.12±0.06a2.62±0.10a
      1.29±0.04b0.26±0.01a0.06±0.00ab0.35±0.01b1.32±0.03b3.28±0.08b
      1.37±0.07b0.27±0.02a0.07±0.00b0.36±0.02b1.48±0.05c3.56±0.16b
      1.48±0.16b0.28±0.04a0.07±0.01b0.38±0.05b1.52±0.03c3.73±0.26b
    • 本研究中,各密度水曲柳人工林生态系统碳储量的变化范围是139.90~175.42 t/hm2,处于温带地区森林生态系统碳储量范围之内[2]。尽管本研究的人工林为幼龄林,其乔木层碳储量较低,但土壤层碳储量与其他温带地区相比较高[13-15],故生态系统总碳储量仍处于正常值范围。

      本研究的水曲柳人工林乔木层碳储量随密度的增加而增大,这说明较高的造林密度可增加幼林阶段乔木层碳储量。密度对林分乔木层生物量和碳储量的影响规律是一致的[9, 16-17]。根据林分生物量受密度变化影响的研究[18],林分存在一个合理密度范围,当它处在合理密度范围内,其乔木层生物量相近且最高,而低于或高于合理密度范围,乔木层生物量则降低。本研究的林分尚处幼林阶段个体之间竞争较小,在13年生时其乔木层年净固碳量仍随密度增加而增大(表 4),这说明本研究的最大密度林分其生物量生产仍未出现下降,其密度应低于合理密度上限值,这使得4种密度林分乔木层碳储量表现为随密度增加而增大。因目前已有的林分密度与乔木层碳储量研究,很少包括从低密度到高密度的所有密度林分,故当其所研究的林分密度处于不同范围时,会导致得出不同的结论[5-9]

      在4种不同密度的水曲柳人工林中,土壤碳储量随林分密度的增加而增大,表明增加造林密度有利于土壤碳的保持。这可能由两方面原因导致,一是4种造林密度不同的林分,造林后低密度林分进入郁闭的时间较晚,林下得到的光照较多,这将加速土壤原有有机质的分解,从而导致林地土壤碳储量下降[19-20]。二是不同密度的林分通过凋落物分解输入土壤的碳数量可能不同。本研究的水曲柳人工林随密度增加凋落物层碳储量(图 2)和年凋落物归还量均逐渐增加(表 4),这将导致高密度林分有更多的凋落物分解进入土壤,使土壤碳储量增加。然而,还有一些结果与本研究不同,潘辉等[9]对福建柏(Fokienia hodginsii)以及张国庆等[17]对马尾松(Pinus massoniana)的研究表明,土壤碳储量均随林分密度的增加而减少。可能是因为这些不同密度的林分年龄相对较大,已经充分郁闭,此时林分凋落物数量较大,凋落物分解向土壤的碳输入过程对土壤碳储量的影响十分明显,而土壤原有有机质分解释放对土壤碳储量的影响已较小。在这种充分郁闭的林分中,随林分密度的增加林下光照减少,凋落物分解速率变慢[21],使土壤碳输入减少,从而导致高密度林分土壤储量降低。此外,Scott等[14]通过对不同密度辐射松(Pinus radiate)林分的碳储量研究认为,高密度林分树木吸收的氮较多,大量的氮从土壤转移到植被中,使土壤供氮能力降低。而Mcmurtriem等[22]认为土壤供氮能力较高的林分其固碳潜力较大,因此,Scott等[14]推测高密度林分可能因降低了土壤氮有效性,进而导致土壤碳储量的下降,但目前这方面机制的研究还较少[23]

      在本研究中,随水曲柳人工林密度的增加,其生态系统碳储量随之增大,这与乔木层和土壤层的变化规律相同。在森林生态系统中,乔木层和土壤层是组成生态系统的主要部分,二者的碳储量约占整个生态系统碳储量的90%以上[5-9, 24-25],故其生态系统碳储量随密度变化的规律主要受乔木层和土壤层碳储量影响。本研究的水曲柳林乔木层和土壤层碳储量占生态系统碳储量的96%以上,而且乔木层和土壤层的碳储量均随林分密度的增加而增大,故生态系统碳储量也表现出随林分密度增加而增大。然而,正如上述分析,对于不同的研究林分,因其年龄、密度范围等的不同,林分的乔木层和土壤层碳储量随密度的变化有可能增加也有可能表现为减小,这将会使生态系统碳储量随密度变化出现增加、降低或不变的结果[5, 9, 26]

      综上所述,在造林密度不同的水曲柳幼龄林中,乔木层和土壤层成为了生态系统碳储量的主体,其乔木层、土壤层和生态系统碳储量均随密度的增加而增大,说明提高造林密度对增加幼龄林分碳储量具有重要作用。

参考文献 (26)

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